[發明專利]一種岸灘沉積釋放模擬實驗裝置及其模擬實驗方法

有效

• 申請號: 201410826451.0
• 申請日: 2014-12-26
• 公開（公告）號: CN104502540A
• 公開（公告）日: 2015-04-08
• 發明（設計）人: 褚克堅;華祖林;顧莉;劉曉東;丁玨;譚敏;仇凱峰
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 張惠忠

技術領域

本發明涉及一種污染物釋放過程的模擬實驗裝置及實驗方法，屬于環境保護領域，特別是一種岸灘沉積釋放模擬實驗裝置及其模擬實驗方法。

背景技術

近年來，隨著我國社會經濟的高速發展，大量營養物和污染物經河流進入湖泊、近海等水體，并在河口附近的灘涂底泥中沉積富集，岸灘成為濱湖、海河口地區營養物和污染物的源和匯儲器。受水面漲落和波浪的作用，灘涂區域形成獨特的周期性淹沒和往復水流沖刷的動力環境，擾動岸灘底泥并引發表層沉積物的再懸浮，導致富集于底泥中的有機質、營養物、重金屬及其他污染物向上覆水體釋放，產生二次污染，對水域生態環境質量造成威脅，例如，灘涂底泥中N、P等營養物質的釋放加重了濱海水域的營養負荷，是近岸水體富營養化的誘因之一；重金屬、POPs等污染物的釋放不僅對岸灘生物造成污染，甚至還會通過食物鏈影響人類健康，等等。因此，研究周期性淹沒和往復水流沖刷動力環境下灘涂沉積物-間隙水-上覆水交互作用機制，探清岸灘底泥污染物的釋放規律，為湖泊、近海等水質管理及污染控制提供科學依據，具有重要的理論意義與實際應用價值。

目前對岸灘底泥污染物釋放規律的研究以野外原位觀測和室內模擬實驗方式為主。野外原位觀測通過布設觀測點位，進行水文、水質及沉積物等樣本采集與分析，獲得研究所需的現場環境基礎數據。但野外原觀需耗費大量人力、物力資源，更重要的是野外原觀不可避免地受氣象、潮波、風況等眾多自然因素的限制，無法進行可控邊界條件下的研究，且所得觀測數據有限，難以對理論分析提供全面支撐，進而滿足人們進一步提升岸灘底泥污染物釋放規律認知水平的需求，因此主要用于區域現狀的調查分析。

室內模擬實驗可以方便地控制工況條件且能夠多組平行，同時人力、物力投入也相對較小，已成為深入探討岸灘污染物釋放規律的重要研究手段。室內實驗可分為靜水和動水模擬兩種類型，其中靜水實驗將采集的岸灘底泥置于靜水中，研究其污染物的釋放規律，這種實驗方式沒有考慮水動力條件這個影響底泥污染物釋放的重要因素，具有明顯的局限性。室內動水實驗則是通過構架外部動力裝置，驅動實驗水體以形成運動水流，進而模擬底泥污染物在動水環境中的釋放過程，其關鍵在于如何提供能夠模擬岸灘波流擾動的外部動力裝置。

目前，模擬外部動力擾動的常用方法有振蕩式、活塞式、旋槳式、鼓風式和造波式。

（1）振蕩式是在容器中裝入一定量沉積物和水樣，放于振蕩器中，由振蕩產生的作用力使沉積物發生污染釋放，以振蕩頻率模擬水力擾動強度的大小。然而，振蕩式是直接同時施力于水體和沉積物，與近岸水流運動對岸灘底泥污染物釋放的作用機制有很大差距。

???（2）活塞式是運用可調節振幅和頻率的活塞作用于水體，活塞上下往復運動，攪動上覆水體形成運動水流，從而會對沉積物表層造成擾動，使底泥中的污染物向上覆水體釋放。

??（3）旋槳式是通過垂直于水面或與水面成一定角度的旋槳在水中轉動，攪動上覆水體形成運動水流，從而使沉積物在一定強度擾動下發生污染釋放。

??（4）鼓風式是通過多臺鼓風機聯合使用模擬不同風強施加于上浮水體，使其產生水流運動進而造成沉積物污染釋放。

????上述活塞式、旋槳式與鼓風式雖然能夠形成運動水流，但不能模擬岸灘的周期性淹沒－出露和波浪沖刷的水動力過程，這與近岸水流運動對岸灘底泥污染物釋放的作用機制有很大差距。

??（5）造波式利用造波機造出的波浪擾動沉積物使其發生污染釋放。造波式雖然能夠模擬波浪擾動下底泥的釋放過程，但無法體現岸灘地區獨特的往復淹沒、干濕交替動水環境。

由此可見，目前的室內實驗方法，無論是靜水還是現有的動水系統，都不能有效地模擬岸灘地區在水面漲落和波浪傳播破碎作用下，形成的周期性淹沒和往復水流沖刷這一獨特的水動力過程，無法滿足揭示濱湖、海近岸動力環境下灘涂底泥污染釋放機理與變化規律的研究需求。

發明內容

本發明要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，而提供一的岸灘沉積釋放模擬實驗裝置及其模擬實驗方法，該岸灘沉積釋放模擬實驗裝置及其模擬實驗方法，能夠用以模擬岸灘周期性淹沒與往復水流沖刷的水動力情況，解決在岸灘獨特的水動力環境作用下底泥污染釋放的實驗模擬問題。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：